某白鎢礦膏體充填工藝研究

王旭

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 福建 廈門市 364200)

某白鎢礦位于低山丘陵地區(qū)，地貌形態(tài)以緩坡和坳谷為主。礦區(qū)內(nèi)巖石穩(wěn)固性較好，工程地質(zhì)條件中等。礦山開采規(guī)模 2300 t/d，礦石平均品位（WO3）0.41%，設(shè)計(jì)采用階段空場嗣后充填法[1-3]。由于充填系統(tǒng)建設(shè)滯后，Ⅱ步驟礦柱不能及時(shí)回采，中段下降速度慢，開拓任務(wù)重，一定程度上影響了礦山產(chǎn)能銜接，礦山急需加快充填系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)度。本文介紹了該礦全尾砂膏體充填工藝技術(shù)的研究成果，為礦山充填系統(tǒng)建設(shè)提供可靠的技術(shù)支撐[4-8]。

1 充填材料特性

（1）全尾砂。礦山原礦經(jīng)破碎、預(yù)拋廢、球磨、浮選、重選得到鎢精礦。選廠原礦處理能力2300 t/d，拋廢 800 t/d，實(shí)際入磨 1500 t/d，尾砂產(chǎn)率約97%，年產(chǎn)尾砂48萬t。年充填采空區(qū)體積按30萬m3/a計(jì)，達(dá)到采充平衡時(shí)，充填用尾砂量約32.4萬t，故選廠尾砂量完全可滿足充填需求，且來源穩(wěn)定。

試驗(yàn)測得全尾砂比重2.59 t/m3，全尾砂平均粒徑73.7 μm，其中-20 μm累計(jì)含量達(dá)到50%，尾砂粒級中等偏細(xì)。全尾砂達(dá)到最大自然沉降質(zhì)量濃度60.6%的時(shí)間為3 h。對于容重為1.572 t/m3，當(dāng)料漿濃度66%時(shí)，塌落度為28 cm，料漿流動性較好，且無離析分層現(xiàn)象。

（2）膠凝材料。選用 2種不同廠家的膠固粉和PC425水泥做膠凝材料開展強(qiáng)度配比試驗(yàn)，結(jié)果表明CZ膠固粉性價(jià)比最優(yōu)，礦山?jīng)Q定采用該膠固粉。綜合灰砂比為1:10時(shí)，年膠固粉用量3.15萬t，膠結(jié)劑成本約為68元/m3。

2 充填能力及工藝參數(shù)確定

2.1 充填能力計(jì)算

礦山年需充填采空區(qū)體積為：

式中，Va為年平均充填采空區(qū)體積，m3/a；Ma為礦山年產(chǎn)礦石量，t/a；γ為礦石密度，2.59 t/m3；Z為采充比，取Z=1。

日最大充填料漿體積為：

式中，Vd為日平均充填料漿體積，m3/d；T為工作天數(shù)，330 d；l1為沉縮系數(shù)，取1.1；l2為流失系數(shù)，取1.05；l3為不均衡系數(shù)，取1.3。

2.2 工藝參數(shù)

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果及上述充填能力計(jì)算，充填站設(shè)計(jì)1套充填能力為100 m3/h的生產(chǎn)系統(tǒng)即可滿足礦山充填需求。充填系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)為：充填料漿流量 100 m3/h；日平均充填時(shí)間 10～14 h，兩班作業(yè)；充填料漿質(zhì)量濃度64%～66%；灰砂比1:4～1:20。

3 充填工藝研究

3.1 充填工藝流程

通過現(xiàn)場勘察，選廠空間受限，無法布置濃密機(jī)，尾砂漿需采用低質(zhì)量濃度輸送至充填站。經(jīng)過設(shè)計(jì)確定尾砂濃縮采用深錐濃密機(jī)+立式砂倉方案，充填料漿制備采用臥式攪拌+高速活化兩段攪拌方案，自流輸送至井下。充填工藝流程及相關(guān)參數(shù)如圖1所示。

圖1 充填工藝流程及相關(guān)參數(shù)

3.2 充填系統(tǒng)構(gòu)成

整個(gè)充填系統(tǒng)按工藝流程和空間位置可分為低濃度全尾砂輸送、充填站及井下充填管網(wǎng)3部分。

3.2.1 低質(zhì)量濃度全尾砂漿輸送

選廠日產(chǎn)全尾砂 1500 t/d，尾砂質(zhì)量濃度為30%，流量為170 m3/h。拆除選廠重選車間東側(cè)部分廠房，設(shè)置低質(zhì)量濃度尾砂輸送泵房。磨浮車間尾砂自流進(jìn)入泵房喂料池。泵房（+230 m）內(nèi)設(shè)2臺噴水式柱塞泥漿泵（一用一備），泵的型號為PZNB-175/5.5，流量為 180 m3/h，出口壓力為 5.5 MPa，電機(jī)功率為355 kW，工作電壓為380 V，變頻調(diào)速，24 h連續(xù)工作。泵房至充填站敷設(shè)兩路（一用一備）尾礦輸送管至充填站。尾砂輸送采用Φ219 mm×（8+8）mm鋼襯超高分子管，單路管道長度為1150 m。

3.2.2 充填站

充填站設(shè)置1套流量為100 m3/h的充填系統(tǒng)，基本配置包括1臺濃密機(jī)、1個(gè)立式砂倉、1個(gè)水泥倉、1套攪拌制備系統(tǒng)等。

充填站（+450 m）設(shè)置1臺高效深錐濃密機(jī)，選廠磨浮車間尾砂泵送至濃密機(jī)。濃密機(jī)技術(shù)參數(shù)為：Φ14 m，處理能力 1600 t/d，底流質(zhì)量濃度≥62%，溢流水渾濁度小于 500×10-6。配套 80ZJ-IA52 底流渣漿泵 2 臺，Q=80 m3/h，H=60 m，底流渣漿泵采用變頻控制，一用一備。配套 PT-1000 L絮凝劑加藥機(jī)1臺。制備量1000 L/h，質(zhì)量濃度0.2%～0.5%。當(dāng)濃密機(jī)底流質(zhì)量濃度符合充填要求時(shí)，泵送至尾砂倉存儲或直接供料至攪拌機(jī)。

充填站設(shè)置 1 個(gè)立式砂倉，砂倉有效容積1050 m3，砂倉上設(shè)置泄水閥，充填前通過泄水閥排除全尾砂料面以上的澄清水。尾砂倉中砂漿造漿采用壓氣造漿的工藝，砂倉的底部安裝有造漿噴嘴，設(shè)置1臺螺桿式空壓機(jī)為砂倉中尾砂料漿造漿作業(yè)提供壓縮空氣，空壓機(jī)型號為 FU-250A-8，出氣量為43 m3/min。

充填站設(shè)置1個(gè)容積230 m3的水泥倉，單倉可儲存水泥300 t，滿足充填系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行要求。水泥倉頂設(shè)置人行檢查孔、雷達(dá)料位計(jì)及袋式振動除塵機(jī)等。水泥倉底部設(shè)置電液閘門、水泥微粉秤和螺旋輸送機(jī)。水泥微粉秤電機(jī)采用變頻調(diào)速，改變水泥微粉秤轉(zhuǎn)速即可改變水泥給料量，以滿足不同灰砂比及生產(chǎn)能力的要求。

為確保充填料漿的制備均勻，采用兩段攪拌工藝，第1段攪拌選用 MQJ01 強(qiáng)力攪拌機(jī)（生產(chǎn)能力 90～130 m3/h，N=75 kW），第 2段攪拌采用MHJ09 高速活化攪拌機(jī)（生產(chǎn)能力為 90～130 m3/h，N=45 kW），充填料經(jīng)兩段連續(xù)攪拌均勻制備成質(zhì)量濃度適中、流動性良好的充填料漿。

3.2.3 井下管網(wǎng)

充填站服務(wù)標(biāo)高范圍+200～+350 m的采空區(qū)，充填站地表標(biāo)高450 m，設(shè)計(jì)施工鉆孔2個(gè)，分別至290 m、370 m水平，制備好的充填料漿自流輸送至采空區(qū)。鉆孔采用Φ184 mm×25 mm雙金屬復(fù)合耐磨管。各中段主運(yùn)輸巷采用規(guī)格Φ152 mm×13 mm的無縫鋼管，盤區(qū)巷道采用Φ148 mm×12 mm的超高分子聚乙烯耐磨管。首充采場位于290中段，充填管道布置于370中段，充填鉆孔至首充采場管線長度600 m，單管敷設(shè)。

4 結(jié)論

針對某白鎢礦具體生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，開展充填材料試驗(yàn)和充填工藝研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）礦山建設(shè)1套充填能力為100 m3/h的充填系統(tǒng)即可滿足礦山充填需求；充填材料選用選廠全尾砂，來源充足穩(wěn)定；膠結(jié)劑選用性價(jià)比最高的CZ膠固粉，綜合灰砂比為1:10，年膠固粉用量3.15萬t，膠結(jié)劑成本約為68元/m3；

（2）符合礦山生產(chǎn)工況的充填工藝流程為：尾砂料漿低質(zhì)量濃度輸送、高效深錐濃密+立式砂倉存儲尾砂、兩段連續(xù)攪拌制備、充填料漿自流輸送。該工藝流程具有工藝成熟、系統(tǒng)可靠性高、充填質(zhì)量有保障等優(yōu)點(diǎn)。